FR3128955A1 - Ferrite material with garnet structure at low sintering temperature and high saturation magnetization for cosintering with silver or gold metallization and process for manufacturing the ferrite material. - Google Patents

Ferrite material with garnet structure at low sintering temperature and high saturation magnetization for cosintering with silver or gold metallization and process for manufacturing the ferrite material. Download PDF

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Abstract

L’invention a pour objet un matériau ferrite de structure grenat caractérisé en ce qu’il répond à la formule chimique suivante : (YaTRbBib’FecAldIneCafCugSnhViCojSikO12±γ) + x (Li2CO3 ou Li2O ou LiF ou LiCl)avec x, en % massique, compris entre 0,1 et 2 ; avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares ne comprenant pas l’élément Y ; -1 ≤ γ ≤ 1 ;3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ ;0 ≤ a ≤ 2,5 ;0 ≤ b ≤ 1,5 ;0,5 ≤ b’ < 3 ;4 ≤ c ≤ 5 ;0 ≤ d ≤ 1,5 ;0 ≤ e ≤ 0,8 ;0 ≤ f ≤ 1;0 < g ≤ 0,05 ;0 < h ≤ 1 ; 0 ≤ i ≤ 0,8 ;0 ≤ j ≤ 0,5 ;0 ≤ k ≤ 0,5. L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication du matériau ferrite de l’invention.The subject of the invention is a ferrite material with a garnet structure characterized in that it corresponds to the following chemical formula: (YaTRbBib'FecAldIneCafCugSnhViCojSikO12±γ) + x (Li2CO3 or Li2O or LiF or LiCl) with x, in mass %, between 0.1 and 2; with TR: a rare earth or a combination of rare earths not including the element Y; -1 ≤ γ ≤ 1;3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ;0 ≤ a ≤ 2.5;0 ≤ b ≤ 1.5;0.5 ≤ b' < 3;4 ≤ c ≤ 5;0 ≤ d ≤ 1.5;0 ≤ e ≤ 0.8;0 ≤ f ≤ 1.0 < g ≤ 0.05; 0 < h ≤ 1; 0 ≤ i ≤ 0.8; 0 ≤ j ≤ 0.5; 0 ≤ k ≤ 0.5. The invention also relates to a process for manufacturing the ferrite material of the invention.

Description

Matériau ferrite de structure grenat à basse température de frittage et haute aimantation à saturation pour cofrittage avec une métallisation argent ou or et procédé de fabrication du matériau ferrite.Ferrite material with garnet structure at low sintering temperature and high saturation magnetization for cosintering with silver or gold metallization and process for manufacturing the ferrite material.

Le domaine de l’invention est celui des circulateurs et des isolateurs hyperfréquence. Ces dispositifs non-réciproques sont utilisés dans le cas d’émission/réception simultanée ou en mode isolateurs, dans le but de protéger la source des désadaptations d’impédance.The field of the invention is that of microwave circulators and isolators. These non-reciprocal devices are used in the case of simultaneous transmission/reception or in isolator mode, in order to protect the source from impedance mismatches.

Plus précisément, la présente invention concerne des nouveaux matériaux et leur réalisation pour intégration dans les circulateurs/isolateurs hyperfréquence.More specifically, the present invention relates to new materials and their production for integration into microwave circulators/isolators.

La illustre le schéma d’un circulateur triplaque constitué de 4 principaux éléments :
- le ferrite 10, à l’origine de la non-réciprocité du circulateur sous l’effet d’un champ magnétique. Il peut avantageusement s’agir d’un grenat pour des applications entre 1 et 12 GHz ;
- les lignes conductrices 11, pouvant être en or ou en argent ;
- des plans de masse 12 ;
- l’aimant permanent 13.
There illustrates the diagram of a three-plate circulator made up of 4 main elements:
- the ferrite 10, at the origin of the non-reciprocity of the circulator under the effect of a magnetic field. It can advantageously be a garnet for applications between 1 and 12 GHz;
- the conductive lines 11, which can be gold or silver;
- ground planes 12;
- the permanent magnet 13.

Un enjeu lors de la réalisation de tels dispositifs, notamment utilisés dans les antennes électroniques à balayage actif, est la réduction de leur coût et de leur taille sans dégradation de leurs performances.A challenge during the production of such devices, in particular used in electronic active scanning antennas, is the reduction of their cost and their size without degrading their performance.

Pour cela, ces dispositifs peuvent avantageusement être réalisés par cofrittage. Cette technique permet :
- de réduire le nombre d’étapes lors de la réalisation des assemblages (en effet, les différents éléments constituant un circulateur sont assemblés avant un frittage global) et ainsi de simplifier la réalisation d’un circulateur en technologie triplaque ou ligne microruban «microstrip »;
- de s’affranchir de l’utilisation de colle qui altère les performances des dispositifs ainsi que leur durée de vie.
For this, these devices can advantageously be made by cosintering. This technique allows:
- to reduce the number of steps during the production of the assemblies (in fact, the various elements constituting a circulator are assembled before global sintering) and thus to simplify the production of a circulator in triplaque technology or microstrip line " microstrip " ;
- to get rid of the use of glue which alters the performance of the devices as well as their lifespan.

Les figures 2a et 2b illustrent à cet effet des schémas respectivement des technologies triplaque et ligne microruban «microstrip ». La met en évidence un aimant 13, un ferrite central 10 une Jonction Y 11 et un plan de masse 12. La met en évidence un plan de masse 12, un ferrite 10 et une jonction Y 11.FIGS. 2a and 2b illustrate for this purpose diagrams respectively of the three-plate and “ microstrip microstrip line technologies. There highlights a magnet 13, a central ferrite 10 a Y Junction 11 and a ground plane 12. The highlights a ground plane 12, a ferrite 10 and a Y junction 11.

Le processus de réalisation de ces dispositifs est long et coûteux et l’assemblage mécanique des différents éléments est complexe. Afin de simplifier ce processus, l’adaptation des différents matériaux à un procédé de cofrittage peut être une solution.The process of making these devices is long and expensive and the mechanical assembly of the different elements is complex. In order to simplify this process, adapting the different materials to a cosintering process can be a solution.

Dans le but de cofritter avec de l’or ou de l’argent, il est indispensable d’adapter le matériau central, le ferrite, responsable de l’effet non-réciproque du circulateur lorsqu’il est soumis à un champ magnétique.In order to cosinter with gold or silver, it is essential to adapt the central material, ferrite, responsible for the non-reciprocal effect of the circulator when subjected to a magnetic field.

Un matériau ferrite particulièrement bien adapté aux applications visées dans la présente invention et notamment pour des applications dans le domaine de fréquence [1GHz, 12GHz] est un grenat ferrimagnétique d’yttrium fer (YIG).A ferrite material particularly well suited to the applications targeted in the present invention and in particular for applications in the frequency range [1 GHz, 12 GHz] is a ferrimagnetic garnet of yttrium iron (YIG).

Les métaux envisagés pour la réalisation des pistes métalliques cofrittées étant généralement l’or et l’argent, les températures de fusion de ces métaux étant respectivement 1064 et 962 °C, il est donc primordial d’adapter la température de frittage du ferrite. Le grenat d’yttrium fer (YIG) présente une température de frittage élevée de 1450-1500°C. Il ne peut donc être envisagé de le coffriter avec de l’or ou de l’argent.The metals considered for the production of the co-sintered metal tracks are generally gold and silver, the melting temperatures of these metals being respectively 1064 and 962 °C, it is therefore essential to adapt the sintering temperature of the ferrite. Yttrium iron garnet (YIG) has a high sintering temperature of 1450-1500°C. It cannot therefore be envisaged to box it with gold or silver.

Des études publiées dans les demandes de brevet EP1829061A1, EP2622613A1, la thèse de L. Pinier (Nouveaux grenats ferrimagnétiques à basse température de frittage pour applications micro-ondes. Thèse de doctorat de l’Ecole Polytechnique, 2006) et la thèse de L. Qassym (Etude et mise au point de ferrites de structure grenat à basse température de frittage pour intégration dans les circulateurs hyperfréquences. Thèse de doctorat de l'Université Paris Saclay, 2017) ont montré qu’il est possible de fritter les ferrites grenats dérivés du YIG en dessous de leurs températures de frittage initiales. Plus précisément :
- le YIG substitué Cu présente une température de frittage abaissée à 1050°C;
- le YIG substitué Cu et Bi présente une température de frittage abaissée à 950°C;
- le YIG substitué Cu, Bi, V présente une température de frittage abaissée à 900°C.
Studies published in patent applications EP1829061A1, EP2622613A1, the thesis of L. Pinier (New ferrimagnetic garnets at low sintering temperature for microwave applications. Doctoral thesis of the Ecole Polytechnique, 2006) and the thesis of L. Qasym (Study and development of ferrites with a garnet structure at low sintering temperature for integration into microwave circulators. Doctoral thesis from the University of Paris Saclay, 2017) have shown that it is possible to sinter garnet ferrites derived from YIG below their initial sintering temperatures. More precisely :
- the Cu-substituted YIG has a sintering temperature lowered to 1050°C;
- the Cu and Bi substituted YIG has a sintering temperature lowered to 950°C;
- the substituted YIG Cu, Bi, V has a sintering temperature lowered to 900°C.

Ces résultats sont résumés dans le tableau suivant : Substitution Température de frittage (°C) Publication Compatibilité cofrittage Commentaire Au Ag Grenat d’yttrium fer (YIG) 1450 – 1500 Non Non Température de frittage trop élevée YIG substitué Cu 1050 EP1829061A1 EP2622613A1
Th. L. Pinier
Non Non
YIG substitué Cu et Bi 950 Oui Non YIG substitué Cu, Bi et V < 900 Thèse L. Qassym Oui Non Problème de compatibilité chimique
These results are summarized in the following table: Substitution Sintering temperature (°C) Publication Cosinter compatibility Comment At Ag Yttrium iron garnet (YIG) 1450 – 1500 No No Sintering temperature too high YIG substituted Cu 1050 EP1829061A1 EP2622613A1
Th. L. Pinier
No No
YIG substituted Cu and Bi 950 Yes No YIG substituted Cu, Bi and V < 900 Thesis L. Qasym Yes No Chemical compatibility issue

Ces premiers résultats montrent que même avec des températures de frittage suffisamment éloignées de la température de fusion de l’argent, le cofrittage avec l’argent reste compliqué. Le document FR 3105217, divulguant les résultats d’une étude menée par le Demandeur, montre qu’il est possible d’obtenir des matériaux à basse température de frittage permettant un cofrittage avec de l’argent en utilisant comme fondant le carbonate de lithium. Sur la base de la formulation présentée ci-dessus, est ajouté, après calcination (phase grenat déjà formée), un carbonate ou un oxyde de lithium servant de fondant. Cet ajout permet de diminuer la température de frittage aux alentours de 900 °C et les tests de cofrittage montrent une compatibilité de ce matériau avec l’argent.These first results show that even with sintering temperatures far enough away from the silver melting temperature, cosintering with silver remains complicated. Document FR 3105217, disclosing the results of a study carried out by the Applicant, shows that it is possible to obtain materials at low sintering temperature allowing co-sintering with silver by using lithium carbonate as flux. On the basis of the formulation presented above, is added, after calcination (garnet phase already formed), a carbonate or a lithium oxide serving as flux. This addition makes it possible to reduce the sintering temperature to around 900°C and the cosintering tests show the compatibility of this material with silver.

L’ajout de carbonate de lithium comme fondant permet donc d’abaisser la température de frittage.The addition of lithium carbonate as a flux therefore makes it possible to lower the sintering temperature.

Par ailleurs, pour certaines applications, comme des applications à plus hautes fréquences par exemple, il est nécessaire d’avoir des aimantations à saturation supérieures à 180 mT.Moreover, for certain applications, such as applications at higher frequencies for example, it is necessary to have saturation magnetizations greater than 180 mT.

A partir de grenats classiques, une solution pour augmenter l’aimantation à saturation du YIG est la substitution des ions Fe3+situés en site octaédrique par des ions 4+, comme Zr4+, Ti4+ou Sn4+, divulguée dans les articles suivants :

  • Article de G. Winkler, P. Hansen et P. Holts : Variation of the magnetic material parameters and lattice constants of polycristalline yttrium-iron garnet by incorporation of non-magnetic ions (1972) ;
  • Article de Q. Xu et al., Effect of Sn-substitution on the microstructure and magnetic properties of Bi-CVG ferrite with low temperature sintering (2011);
  • Article de Y. Machida, Y. Nakayama, H. Saji, T. Yamadaya, et M. Asuma, Magnetic Properties and Resonance Linewidths of Zr- and Ti-Substituted Ca-V Garnet, IEEE Transactions on Magnetics, September 1972.
From classical garnets, a solution to increase the YIG saturation magnetization is the substitution of Fe 3+ ions located in octahedral site by 4+ ions, such as Zr 4+ , Ti 4+ or Sn 4+ , disclosed in the following items:
  • Article by G. Winkler, P. Hansen and P. Holts: Variation of the magnetic material parameters and lattice constants of polycrystalline yttrium-iron garnet by incorporation of non-magnetic ions (1972);
  • Article by Q. Xu et al., Effect of Sn-substitution on the microstructure and magnetic properties of Bi-CVG ferrite with low temperature sintering (2011);
  • Article by Y. Machida, Y. Nakayama, H. Saji, T. Yamadaya, and M. Asuma, Magnetic Properties and Resonance Linewidths of Zr- and Ti-Substituted Ca-V Garnet, IEEE Transactions on Magnetics, September 1972.

Ces matériaux présentent une permittivité plus faible.These materials have lower permittivity.

De plus, les températures de frittage présentées dans ces articles ne sont pas suffisamment basses : 1450 °C pour le premier, 1075 °C pour le second et 1270-1350°C pour le troisième. Ces matériaux avec substitution du fer par le zirconium, le titane et l’étain ne sont donc pas compatibles pour un cofrittage, ni avec de l’argent, ni avec de l’or. Ces solutions vont à l’encontre de l’objectif visé initialement d’avoir une température de frittage inférieure à 900°C.Moreover, the sintering temperatures presented in these articles are not low enough: 1450°C for the first, 1075°C for the second and 1270-1350°C for the third. These materials with substitution of iron by zirconium, titanium and tin are therefore not compatible for cosintering, neither with silver nor with gold. These solutions run counter to the initial objective of having a sintering temperature below 900°C.

Sur un principe similaire, le Demandeur a effectué des tests avec d’autres substitutions du fer par du titane et de l’hafnium. Les résultats n’ont pas été concluants. La température de frittage demeure trop élevée et incompatible d’un cofrittage avec l’argent.On a similar principle, the Applicant carried out tests with other substitutions of iron by titanium and hafnium. The results were inconclusive. The sintering temperature remains too high and incompatible with cosintering with silver.

Une autre solution pour obtenir des aimantations suffisamment élevées et des températures de frittage basses est la substitution de l’ion Fe3+ par l’ion Zr4+ associée à des substitutions bismuth/cuivre (référence : Thèse Lilia Qassym. Etude et mise au point de ferrites de structure grenat à basse température de frittage pour intégration dans les circulateurs hyperfréquences. Thèse de doctorat de l'Université Paris Saclay, 2017). On obtient alors un matériau avec Ms (aimantation à saturation) compris entre 180 et 200 mT frittant à 950 °C. Cette substitution apparaît comme la voie la plus prometteuse. Un tel matériau possède alors une aimantation à saturation suffisamment élevée. Par contre, sa température de frittage de 950 °C demeure trop élevée pour permettre un cofrittage avec de l’argent. Deux voies de diminution de la température de frittage peuvent être poursuivies :
- l’utilisation de vanadium en substitution ; ou
- l’utilisation de carbonate de lithium comme fondant.
Another solution to obtain sufficiently high magnetizations and low sintering temperatures is the substitution of the Fe3+ ion by the Zr4+ ion associated with bismuth/copper substitutions (reference: Thesis Lilia Qassym. Study and development of ferrites of garnet structure at low sintering temperature for integration in microwave circulators. Doctoral thesis from the University of Paris Saclay, 2017). A material is then obtained with Ms (saturation magnetization) between 180 and 200 mT sintering at 950°C. This substitution appears to be the most promising way. Such a material then has a sufficiently high saturation magnetization. On the other hand, its sintering temperature of 950°C remains too high to allow cosintering with silver. Two ways of reducing the sintering temperature can be pursued:
- the use of vanadium as a substitute; Or
- the use of lithium carbonate as a flux.

En raison de la haute affinité chimique de l’oxyde de vanadium et de l’oxyde d’argent à basse température, l’utilisation de vanadium pour cofrittage avec une métallisation argent a été proscrite. La solution restante est donc l’utilisation du carbonate de lithium sur le matériau substitué zirconium. Une étude a été menée mettant en évidence l’inefficacité de l’utilisation du carbonate de lithium : si son ajout comme fondant après le chamottage entraîne bien une densification suffisante à moins de 950 °C, il mène aussi à l’apparition de phase parasite perturbant les propriétés diélectriques (permittivité et pertes diélectriques) et magnétiques du matériau avec une importante diminution de l’aimantation à saturation.Due to the high chemical affinity of vanadium oxide and silver oxide at low temperature, the use of vanadium for cosintering with silver metallization has been prohibited. The remaining solution is therefore the use of lithium carbonate on the zirconium substituted material. A study was carried out highlighting the inefficiency of the use of lithium carbonate: if its addition as a flux after chamottage indeed leads to sufficient densification at less than 950°C, it also leads to the appearance of a parasitic phase. disturbing the dielectric (permittivity and dielectric losses) and magnetic properties of the material with a significant reduction in the magnetization at saturation.

En effet, sur la base des enseignements de l’art antérieur, un ajout de carbonate de lithium a été réalisé sur les compositions substituées zirconium qui remplissent le critère d’aimantation à saturation suffisamment élevée. Malheureusement, l’insertion du lithium dans la maille substituée zirconium n’est pas optimale et, si la masse volumique est suffisante à basse température de frittage (au moins 95% de densification à 900 °C), son insertion entraîne une augmentation non négligeable des pertes et surtout la diminution de l’aimantation à saturation.Indeed, on the basis of the teachings of the prior art, an addition of lithium carbonate was carried out on the zirconium substituted compositions which fulfill the criterion of magnetization at sufficiently high saturation. Unfortunately, the insertion of lithium into the zirconium substituted lattice is not optimal and, if the density is sufficient at low sintering temperature (at least 95% densification at 900°C), its insertion leads to a non-negligible increase losses and above all the reduction of the saturation magnetization.

Le tableau ci-dessous présente l’aimantation à saturation de deux matériaux (substitués zirconium à 0,3 et à 0,5) pour un ajout de 0, 0,64% et 1,28% en poids de carbonate de lithium. Il en ressort que plus on ajoute de carbonate de lithium, plus l’aimantation à saturation diminue. % massique Li 2 CO 3 Zr = 0,3 Zr = 0,5 0 190 mT 183 mT 0,64 179 mT 170 mT 1,28 168 mT 155 mT The table below presents the saturation magnetization of two materials (zirconium substituted at 0.3 and at 0.5) for an addition of 0, 0.64% and 1.28% by weight of lithium carbonate. It appears that the more lithium carbonate is added, the more the magnetization at saturation decreases. % mass Li 2 CO 3 Zr = 0.3 Zr = 0.5 0 190 mT 183 mT 0.64 179 mT 170 mT 1.28 168 mT 155 mT

Ainsi, il a été démontré que l’on peut cofritter des nouveaux grenats substitués Bi-Cu avec de l’or mais aussi de l’argent, dans l’optique d’une réduction des coûts, grâce à l’utilisation de carbonate de lithium fondant. Mais ces nouveaux matériaux présentent une aimantation à saturation aux alentours de 170 mT. Or, il a été montré que pour des applications plus hautes fréquences (bande Ku par exemple), il est indispensable d’augmenter l’aimantation de nos grenats. Une solution issue d’études précédentes permet d’obtenir des aimantations à saturation supérieures à 180 mT mais ce matériau n’est pas compatible avec l’utilisation de carbonate de lithium comme fondant (bonne densification à basse température de frittage mais apparition de pertes et diminution de l’aimantation à saturation due à l’apparition de phases parasites).Thus, it has been demonstrated that it is possible to cosinter new Bi-Cu substituted garnets with gold but also with silver, with a view to reducing costs, thanks to the use of carbonate of melting lithium. But these new materials have a saturation magnetization around 170 mT. However, it has been shown that for higher frequency applications (Ku band for example), it is essential to increase the magnetization of our garnets. A solution resulting from previous studies makes it possible to obtain magnetizations at saturation greater than 180 mT but this material is not compatible with the use of lithium carbonate as a flux (good densification at low sintering temperature but appearance of losses and decrease in saturation magnetization due to the appearance of parasitic phases).

En d’autres termes, des solutions connues de l’art antérieur permettent de diminuer la température de cofrittage du matériau. D’autres solutions connues permettent d’augmenter l’aimantation à saturation du matériau. Mais ces solutions ne sont pas compatibles entre elles. L’art antérieur connu n’offre donc pas de solution pour obtenir un matériau ferrite de structure grenat à basse température de frittage et haute aimantation à saturation pour cofrittage avec une métallisation argent ou or.In other words, solutions known from the prior art make it possible to reduce the cosintering temperature of the material. Other known solutions make it possible to increase the saturation magnetization of the material. But these solutions are not mutually compatible. The known prior art therefore does not offer a solution for obtaining a ferrite material with a garnet structure at low sintering temperature and high saturation magnetization for cosintering with silver or gold metallization.

Dans ce contexte, le Demandeur propose une autre solution passant par un nouveau matériau ferrite comprenant du lithium et frittant à moins de 920 °C tout en présentant une aimantation à saturation supérieure à 180 mT. Ce nouveau matériau ferrite peut être obtenu avantageusement à partir de l’ajout sur de la poudre calcinée (ou chamottée) de ferrite dit « cru » avant frittage de sel de lithium comme fondant. La phase fondante, ayant une température de fusion peu élevée, permet d’aider au frittage.In this context, the Applicant proposes another solution using a new ferrite material comprising lithium and sintering at less than 920° C. while exhibiting a saturation magnetization greater than 180 mT. This new ferrite material can advantageously be obtained from the addition of so-called “raw” ferrite to calcined (or chamotte) powder before sintering lithium salt as a flux. The melting phase, having a low melting point, helps with sintering.

Le sel de lithium utilisé peut avantageusement être par exemple du carbonate de lithium, sa température de fusion étant de 723 °C.The lithium salt used can advantageously be, for example, lithium carbonate, its melting point being 723°C.

Plus précisément la présente invention a pour objet un matériau ferrite de structure grenat caractérisé en ce qu’il répond à la formule chimique suivante :
(YaTRbBib’FecAldIneCafCugSnhViCojSikO12±γ) + x (Li2CO3ou Li2O ou LiF ou LiCl)
avec x, en % massique, compris entre 0,1 et 2 ;
avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares ne comprenant pas l’élément Y ;
-1 ≤ γ ≤ 1 ;
3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ
0 ≤ a ≤ 2,5 ;
0 ≤ b ≤ 1,5 ;
0,5 < b’ < 3 ;
4 ≤ c ≤ 5 ;
0 ≤ d ≤ 1,5 ;
0 ≤ e ≤ 0,8 ;
0 ≤ f ≤ 1;
0 < g ≤ 0,05 ;
0 < h ≤ 1 ;
0 ≤ i ≤ 0,8 ;
0 ≤ j ≤ 0,5 ;
0 ≤ k ≤ 0,5.
More specifically, the subject of the present invention is a ferrite material with a garnet structure, characterized in that it corresponds to the following chemical formula:
(Y a TR b Bi b' Fe c Al d In e Ca f Cu g Sn h V i Co j Si k O 12± γ) + x (Li 2 CO 3 or Li 2 O or LiF or LiCl)
with x, in % by weight, between 0.1 and 2;
with TR: a rare earth or a combination of rare earths not comprising the element Y;
-1 ≤ γ ≤ 1;
3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ
0 ≤ a ≤ 2.5;
0 ≤ b ≤ 1.5;
0.5<b'<3;
4 ≤ c ≤ 5;
0≤d≤1.5;
0 ≤ e ≤ 0.8;
0 ≤ f ≤ 1;
0<g≤0.05;
0 < h ≤ 1;
0 ≤ i ≤ 0.8;
0 ≤ d ≤ 0.5;
0 ≤ k ≤ 0.5.

L’invention a aussi pour objet un composant ou dispositif comprenant le matériau ferrite selon l’invention et des métallisations avantageusement en argent. Le composant ou dispositif peut être un circulateur, un isolateur, un commutateur (switch en dénomination anglaise) ou un déphaseur.The invention also relates to a component or device comprising the ferrite material according to the invention and metallizations, advantageously in silver. The component or device can be a circulator, an isolator, a switch or a phase shifter.

L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un matériau ferrite selon l’invention, ledit procédé comprenant :
- la pesée de matières premières de type oxydes ou carbonates;
- un premier broyage desdites matières premières ;
- une étape de calcination (encore dénommée chamottage) desdites matières premières broyées à une température comprise entre 750°C et 850°C permettant d’obtenir une poudre de matériau ferrite cru ;
- un second broyage de ladite poudre de matériau ferrite cru ;
- l’ajout d’un fondant de sel de lithium pouvant être Li2CO3, Li2O, LiF ou LiCl, à ladite poudre de matériau ferrite cru.
Another subject of the invention is a process for manufacturing a ferrite material according to the invention, said process comprising:
- the weighing of raw materials such as oxides or carbonates;
- a first grinding of said raw materials;
- a calcining step (also called chamottage) of said ground raw materials at a temperature between 750°C and 850°C making it possible to obtain a raw ferrite material powder;
- a second grinding of said raw ferrite material powder;
- the addition of a flux of lithium salt which can be Li2CO3, Li2O, LiF or LiCl, to said raw ferrite material powder.

Le matériau ferrite résultant de la poudre de matériau ferrite cru et du fondant de sel de lithium peut avantageusement être fritté à une température comprise entre 850°C et 920°C.The ferrite material resulting from the raw ferrite material powder and the lithium salt flux can advantageously be sintered at a temperature between 850°C and 920°C.

Selon des variantes du procédé de l’invention, le matériau cru étant Y2,03Ca0, 25Bi0,67Cu0,05Fe4,7Sn0,3O12 ,ou Y1,98Ca0,3Bi0,67Cu0,05Fe4, 65Sn0, 3 0O12 -γ, on ajoute entre 0,2 et 0,75% massique de fondant de Li2CO3,la température de frittage sur l’ensemble résultant étant de l’ordre de 850°C à 920°C.According to variants of the process of the invention, the raw material being Y2.03That0, 25Bi0.67Cu0.05Fe4.7sn0.3O12 ,or Y1.98That0.3Bi0.67Cu0.05Fe4, 65sn0, 3 0O12 -γ, between 0.2 and 0.75% by mass of Li flux is added2CO3,the sintering temperature on the resulting assembly being of the order of 850°C to 920°C.

L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un composant ou dispositif comportant plusieurs éléments dont un matériau ferrite selon l’invention, caractérisé en ce que :
- on prépare ledit matériau ferrite selon le procédé de l’invention ;
- on réalise une opération de frittage durant laquelle on solidarise ledit ferrite à au moins un desdits autres éléments dudit composant ou dispositif, ou à un précurseur (métal or ou argent, diélectrique à basse température de frittage, ferrite à basse température de frittage …) dudit élément par un procédé de cofrittage.
Another subject of the invention is a process for manufacturing a component or device comprising several elements including a ferrite material according to the invention, characterized in that:
- Said ferrite material is prepared according to the method of the invention;
- a sintering operation is carried out during which said ferrite is secured to at least one of said other elements of said component or device, or to a precursor (gold or silver metal, dielectric at low sintering temperature, ferrite at low sintering temperature, etc.) said element by a cosintering process.

Dans le composant ou dispositif, l’un au moins des autres éléments est une couche de métal et avantageusement de l’argent.In the component or device, at least one of the other elements is a layer of metal and advantageously silver.

L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles :The invention will be better understood and other advantages will appear on reading the following description, given on a non-limiting basis and thanks to the appended figures, including:

illustre le schéma d’un circulateur triplaque selon l’art connu ; illustrates the diagram of a three-plate circulator according to the prior art;

illustre un circulateur triplaque selon l’art connu pouvant être réalisé par cofrittage ; illustrates a three-plate circulator according to the known art which can be produced by cosintering;

illustre un circulateur ligne microruban «microstrip »selon l’art connu pouvant être réalisé par cofrittage ; illustrates a “ microstrip microstrip line circulator according to the known art which can be produced by cosintering;

illustre des résultats de test pertes diélectriques et de permittivité d’un matériau ferrite de l’invention en fonction de la fréquence exprimée en Hertz ; illustrates dielectric loss and permittivity test results of a ferrite material of the invention as a function of frequency expressed in Hertz;

illustre des résultats de test de cofrittage d’un ferrite de l’invention avec un dépôt d’argent, après cofrittage à 900°C ; illustrates cosintering test results of a ferrite of the invention with a deposit of silver, after cosintering at 900° C.;

représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication d’un matériau ferrite selon l’invention. represents a flowchart of the steps of the process for manufacturing a ferrite material according to the invention.

De manière générale, le matériau ferrite de l’invention répond à la formule chimique suivante :
(YaTRbBib’FecAldIneCafCugSnhViCojSikO12±γ) + x (Li2CO3ou Li2O ou LiF ou LiCl)
avec x, en % massique, compris entre 0,1 et 2 ;
avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares ne comprenant pas l’élément Y ;
-1 ≤ γ ≤ 1 ;
3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ ;
0 ≤ a ≤ 2,5 ;
0 ≤ b ≤ 1,5 ;
0,5 ≤ b’ < 3 ;
4 ≤ c ≤ 5 ;
0 ≤ d ≤ 1,5 ;
0 ≤ e ≤ 0,8 ;
0 ≤ f ≤ 1;
0 < g ≤ 0,05 ;
0 < h ≤ 1 ;
0 ≤ i ≤ 0,8 ;
0 ≤ j ≤ 0,5 ;
0 ≤ k ≤ 0,5.
In general, the ferrite material of the invention corresponds to the following chemical formula:
(YToTRbBib'FevsAldIneThatfCugsnhVICoIWhetherkO12±γ) + x (Li2CO3or Li2O or LiF or LiCl)
with x, in % by weight, between 0.1 and 2;
with TR: a rare earth or a combination of rare earths not including the element Y;
-1 ≤ γ ≤ 1;
3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ;
0 ≤ a ≤ 2.5;
0 ≤ b ≤ 1.5;
0.5 ≤ b’ < 3;
4 ≤ c ≤ 5;
0≤d≤1.5;
0 ≤ e ≤ 0.8;
0 ≤ f ≤ 1;
0<g≤0.05;
0 < h ≤ 1;
0 ≤ i ≤ 0.8;
0 ≤ d ≤ 0.5;
0 ≤ k ≤ 0.5.

Par cette formule, il faut comprendre que l’on prend x (compris entre 0,1 et 2) grammes de Li2CO3(ou Li2O ou LiF ou LiCl) pour 100g de ferrite de formulation YaTRbBib’FecAldIneCafCugSnhViCojSikO12±γ.By this formula, it should be understood that we take x (between 0.1 and 2) grams of Li 2 CO 3 (or Li 2 O or LiF or LiCl) for 100g of ferrite of formulation Y a TR b Bi b ' Fe c Al d In e Ca f Cu g Sn h V i Co j Si k O 12± γ.

Les terres rares peuvent être utilisées dans le but de modifier l’aimantation à saturation et d’améliorer la tenue en puissance.Rare earths can be used for the purpose of modifying the saturation magnetization and improving the power handling.

L’utilisation du cuivre et du bismuth permet de diminuer la température de frittage.The use of copper and bismuth makes it possible to reduce the sintering temperature.

Le bismuth est utilisé dans le but d’augmenter la permittivité et d’abaisser la température de frittage.Bismuth is used for the purpose of increasing the permittivity and lowering the sintering temperature.

Le calcium peut être utilisé pour contrebalancer les charges en excès dues à l’introduction de zirconium, d’étain ou de titane. Il peut permettre de stabiliser la maille dans le cas de l’utilisation d’un taux important de bismuth par exemple.Calcium can be used to balance excess loads due to the introduction of zirconium, tin or titanium. It can make it possible to stabilize the mesh in the case of the use of a high level of bismuth for example.

La substitution du fer par de l’aluminium peut permettre une réduction des largeurs de raie et une diminution de l’aimantation à saturation.The substitution of iron by aluminum can allow a reduction of the linewidths and a reduction of the magnetization at saturation.

Préférentiellement, le sel de lithium ajouté a une proportion massique comprise entre 0,15 et 1,5%, et encore préférentiellement entre 0,15 et 1,2%, par exemple 0,75%. Cette proportion massique dépend du matériau ferrite. L’ajout de sel de lithium permet de diminuer la température de frittage. Toutefois, le lithium présent dans le matériau peut, au-delà d’une certaine quantité, générer une pollution du matériau. Les plages préférentielles et l’exemple de 0,75% cités permettent d’obtenir un bon compromis en termes de température de frittage et de propriétés du matériau obtenu.Preferably, the lithium salt added has a mass proportion of between 0.15 and 1.5%, and more preferably between 0.15 and 1.2%, for example 0.75%. This mass proportion depends on the ferrite material. Adding lithium salt lowers the sintering temperature. However, the lithium present in the material can, beyond a certain quantity, generate pollution of the material. The preferred ranges and the example of 0.75% cited make it possible to obtain a good compromise in terms of sintering temperature and properties of the material obtained.

Comme cela apparaitra clairement ci-dessous, la substitution du fer par l’étain permet d’adapter l’aimantation à saturation.As will appear clearly below, the substitution of iron by tin makes it possible to adapt the magnetization to saturation.

Les matériaux ferrites de la présente invention sont réalisés selon un procédé classique de synthèse céramique. Les différentes étapes, représentées par un organigramme à la , sont :
- la pesée des matières premières (étape 100);
- le broyage du mélange préalablement obtenu (étape 110);
- une étape de calcination (étape 120), encore appelée chamottage ayant pour but de synthétiser la phase grenat sous forme de poudre et obtenir une poudre de matériau ferrite dit cru ;
- une seconde étape de broyage (étape 130);
- l’introduction d’un ajout de fondant à base de lithium (étape 140): l’ajout de fondant a lieu sur la phase calcinée (phase grenat formée par traitement thermique). Il est ajouté à la phase calcinée grâce à un mélangeur (mélangeur à pales, attritor, jarre …).
The ferrite materials of the present invention are produced according to a conventional process of ceramic synthesis. The different stages, represented by a flowchart at , are :
- the weighing of the raw materials (step 100);
- the grinding of the mixture previously obtained (step 110);
- a calcination step (step 120), also called chamottage, the purpose of which is to synthesize the garnet phase in powder form and to obtain a powder of so-called raw ferrite material;
- a second grinding step (step 130);
- the introduction of an addition of lithium-based flux (step 140): the addition of flux takes place on the calcined phase (garnet phase formed by heat treatment). It is added to the calcined phase using a mixer (blade mixer, attritor, jar, etc.).

Après cet ajout de fondant, des étapes classiques de mise en forme (étape 150) et de frittage (étape 160) peuvent être réalisées. Le frittage à plus haute température de la poudre chamottée rebroyée a pour but de densifier la céramique tout en lui conférant la forme souhaitée.After this flux addition, standard shaping (step 150) and sintering (step 160) steps can be performed. The purpose of sintering the reground chamotte powder at a higher temperature is to densify the ceramic while giving it the desired shape.

Le premier et le second broyage sont avantageusement effectués en milieu humide.The first and the second grinding are advantageously carried out in a humid environment.

Le frittage de la poudre rebroyée est avantageusement effectué sous air ou sous oxygène.The sintering of the reground powder is advantageously carried out under air or under oxygen.

Les opérations de broyage sont avantageusement effectuées avec un broyeur à boulets et/ou par attrition.The grinding operations are advantageously carried out with a ball mill and/or by attrition.

Le procédé de fabrication d’un matériau ferrite selon l’invention peut éventuellement comporter une étape additionnelle de calcination. Cependant, on peut noter qu’avantageusement, le procédé de fabrication selon l’invention peut ne comprendre qu’une seule étape de calcination.The process for manufacturing a ferrite material according to the invention may optionally include an additional calcination step. However, it may be noted that advantageously, the manufacturing process according to the invention may comprise only one calcination step.

En effet, les matériaux de l’invention sont obtenus par un procédé classique de synthèse céramique. Mais le nombre d’étapes et donc la simplicité de la synthèse dépend du matériau. L’insertion d’oxyde de zirconium dans la structure grenat est compliquée et deux étapes de calcination sont nécessaires à l’obtention d’une phase pure. Quelques impuretés peuvent même subsister après ces deux calcinations et être responsables de pertes magnétiques et diélectriques. Dans le cas de l’utilisation d’oxyde d’étain dans le matériau de l’invention, en revanche, une seule calcination peut suffire à obtenir la phase totalement pure.Indeed, the materials of the invention are obtained by a conventional process of ceramic synthesis. But the number of steps and therefore the simplicity of the synthesis depends on the material. The insertion of zirconium oxide in the garnet structure is complicated and two calcination steps are necessary to obtain a pure phase. Some impurities may even remain after these two calcinations and be responsible for magnetic and dielectric losses. In the case of the use of tin oxide in the material of the invention, on the other hand, a single calcination may be sufficient to obtain the totally pure phase.

Les performances obtenues sont décrites ci-après dans le cadre d’exemples avec des matériaux ferrites substitués à l’étain comportant l’utilisation de carbonate de lithium comme fondant et avec des matériaux ferrites substitués à l’étain ne comprenant pas d’ajout de fondant à base de lithium.The performances obtained are described below in the context of examples with ferrite materials substituted with tin comprising the use of lithium carbonate as a flux and with ferrite materials substituted with tin not comprising the addition of lithium-based flux.

Afin de mettre en évidence les effets de l’utilisation d’étain et de carbonate de lithium, différentes compositions ont été étudiées :

  • Ferrite A : Y2,03Ca0,25Bi0,67Cu0,05Fe4,7Sn0,3O12
  • Ferrite B : Y2,03Ca0,25Bi0,67Cu0,05Fe4,7Sn0,3O12+ 0,64% massique Li2CO3
  • Ferrite C : Y1,93Ca0,35Bi0,67Cu0,05Fe4,6Sn0,4O12
  • Ferrite D : Y1,93Ca0,35Bi0,67Cu0,05Fe4,6Sn0,4O12+ 0,64% massique Li2CO3
  • Ferrite E : Y1,83Ca0,45Bi0,67Cu0,05Fe4,5Sn0,5O12
  • Ferrite F : Y1,83Ca0,45Bi0,67Cu0,05Fe4,5Sn0,5O12+ 0,64% massique Li2CO3
In order to highlight the effects of the use of tin and lithium carbonate, different compositions were studied:
  • Ferrite A: Y 2.03 Ca 0.25 Bi 0.67 Cu 0.05 Fe 4.7 Sn 0.3 O 12
  • Ferrite B: Y 2.03 Ca 0.25 Bi 0.67 Cu 0.05 Fe 4.7 Sn 0.3 O 12 + 0.64% by weight Li 2 CO 3
  • Ferrite C: Y 1.93 Ca 0.35 Bi 0.67 Cu 0.05 Fe 4.6 Sn 0.4 O 12
  • Ferrite D: Y 1.93 Ca 0.35 Bi 0.67 Cu 0.05 Fe 4.6 Sn 0.4 O 12 + 0.64% by mass Li 2 CO 3
  • Ferrite E: Y 1.83 Ca 0.45 Bi 0.67 Cu 0.05 Fe 4.5 Sn 0.5 O 12
  • Ferrite F: Y 1.83 Ca 0.45 Bi 0.67 Cu 0.05 Fe 4.5 Sn 0.5 O 12 + 0.64% by mass Li 2 CO 3

La première caractérisation est la vérification de la formation de la phase par diffraction des rayons X. Cette mesure confirme une bonne formation de la phase.The first characterization is the verification of phase formation by X-ray diffraction. This measurement confirms good phase formation.

Dans un premier temps, les retraits des matériaux ont été observés pour un frittage à 900 °C. Afin d’avoir une masse volumique raisonnable, la valeur attendue de retrait est de 16-17%. Matériau % de retrait Masses volumiques (g/cm3) Ferrite A 0 - Ferrite B 17,1 5,32 Ferrite C 0 - Ferrite D 16,1 5,25 Ferrite E 0 - Ferrite F 16,8 5,21 First, material shrinkages were observed for sintering at 900°C. In order to have a reasonable density, the expected shrinkage value is 16-17%. Material % withdrawal Densities (g/cm 3 ) Ferrite A 0 - Ferrite B 17.1 5.32 Ferrite C 0 - D-ferrite 16.1 5.25 E-ferrite 0 - F-ferrite 16.8 5.21

L’impact du carbonate de lithium sur la densification est clair : le retrait, inexistant en son absence, passe à plus de 16 % lorsque le carbonate de lithium est ajouté comme fondant sur la phase déjà formée. Le carbonate de lithium permet donc bien une amélioration de la densification. Reste à vérifier que l’aimantation à saturation n’est pas impactée comme dans le cas des substitutions du fer par le zirconium, le titane ou l’hafnium.The impact of lithium carbonate on densification is clear: the shrinkage, non-existent in its absence, increases to more than 16% when lithium carbonate is added as a melt on the phase already formed. The lithium carbonate therefore allows an improvement in the densification. It remains to verify that the saturation magnetization is not impacted as in the case of substitutions of iron by zirconium, titanium or hafnium.

Les aimantations à saturation des matériaux substitués Sn et avec ajout de carbonate de lithium sont présentés dans le tableau ci-dessous. Matériau Aimantation à saturation (mT) Ferrite B 192 Ferrite D 178 Ferrite F 169 The saturation magnetizations of the materials substituted Sn and with addition of lithium carbonate are presented in the table below. Material Magnetization at saturation (mT) Ferrite B 192 D-ferrite 178 F-ferrite 169

Ces résultats montrent que le matériau ferrite B substitué à l’étain comportant l’utilisation de carbonate de lithium selon l’invention présente une aimantation à saturation supérieure à 190 mT.These results show that the tin-substituted ferrite B material comprising the use of lithium carbonate according to the invention has a saturation magnetization greater than 190 mT.

La illustre des résultats de test des pertes diélectriques (tan δ) et de la permittivité (ε) d’un matériau ferrite de l’invention en fonction de la fréquence exprimée en Hertz. Les pertes diélectriques ont été mesurées. Les résultats sont présentés pour le matériau ferrite B, qui a une aimantation à saturation supérieure à 190 mT.There illustrates test results of the dielectric losses (tan δ) and the permittivity (ε) of a ferrite material of the invention as a function of the frequency expressed in Hertz. The dielectric losses were measured. The results are presented for the material ferrite B, which has a saturation magnetization greater than 190 mT.

La courbe C1 représente la permittivité avec une température de frittage de 900 °C. La courbe C2 représente la permittivité avec une température de frittage de 900 °C et un recuit à 925 °C. La courbe C3 représente les pertes diélectriques avec une température de frittage de 900 °C. La courbe C4 représente les pertes diélectriques avec une température de frittage de 900 °C et un recuit à 925 °C. On voit que la permittivité reste élevée, aux alentours de 21 et les pertes sont en revanche un peu élevées à basse fréquence (tan δ de l’ordre de 5.10-2). Un second recuit a donc été réalisé, il permet une diminution de la relaxation : la permittivité reste la même, mais les pertes diminuent (tan δ de l’ordre de 3.10-2).Curve C1 represents the permittivity with a sintering temperature of 900°C. Curve C2 represents the permittivity with a sintering temperature of 900°C and an annealing at 925°C. Curve C3 represents the dielectric losses with a sintering temperature of 900°C. Curve C4 represents the dielectric losses with a sintering temperature of 900°C and an annealing at 925°C. We see that the permittivity remains high, around 21 and the losses are on the other hand a little high at low frequency (tan δ of the order of 5.10 -2 ). A second annealing was therefore carried out, it allows a decrease in the relaxation: the permittivity remains the same, but the losses decrease (tan δ of the order of 3.10 -2 ).

Les pertes diélectriques ont aussi été mesurées à 9,2 GHz (mesure en guide d’onde). Les résultats sont les suivants : ε = 21 et tan δ = 7.10-4.Dielectric losses were also measured at 9.2 GHz (waveguide measurement). The results are as follows: ε = 21 and tan δ = 7.10 -4 .

Ces valeurs sont tout à fait satisfaisantes pour l’application : la permittivité reste élevée pour un grenat et les pertes sont très faibles.These values are quite satisfactory for the application: the permittivity remains high for a garnet and the losses are very low.

La illustre des résultats de test de cofrittage d’un ferrite de l’invention avec un dépôt d’argent, après cofrittage à 900°C. Des tests de cofrittage confirment la compatibilité du matériau selon l’invention avec l’argent. Une couche d’argent a été déposée grâce à un écran de sérigraphie puis l’ensemble a été cofritté à 900 °C. Les images présentées à la présentent les résultats obtenus.There illustrates cosintering test results of a ferrite of the invention with a deposit of silver, after cosintering at 900°C. Cosintering tests confirm the compatibility of the material according to the invention with silver. A layer of silver was deposited using a screen printing screen and then the assembly was co-sintered at 900°C. The images shown at the present the results obtained.

Ces essais de cofrittage sont tout à fait concluants. En effet, après frittage de la pastille de ferrite et de la métallisation à 900 °C, la qualité de la couche d’argent n’est pas altérée et on n’observe pas de diffusion.These cosintering tests are quite conclusive. Indeed, after sintering the ferrite pellet and the metallization at 900°C, the quality of the silver layer is not altered and no diffusion is observed.

L’application directe de la présente invention est la réalisation de circulateurs et isolateurs en technologie LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) ou autre technologie additive. La présente invention permet de simplifier des assemblages complexes grâce au cofrittage : le nombre d’étapes de réalisation est réduit. De plus, il est possible de s’affranchir de l’utilisation de colles qui dégradent les propriétés et qui en font une technologie moins durable.The direct application of the present invention is the production of circulators and insulators using LTCC technology (Low Temperature Cofired Ceramics) or other additive technology. The present invention makes it possible to simplify complex assemblies thanks to cosintering: the number of production steps is reduced. In addition, it is possible to dispense with the use of glues which degrade the properties and which make it a less durable technology.

Il est rappelé par ailleurs qu’il n’était pas possible, jusqu’à présent, de cofritter un ferrite de structure grenat à haute aimantation à saturation (pour des applications dans des circulateurs en bande Ku par exemple) avec de l’argent (problème de température de frittage ou de compatibilité avec l’argent). La présente invention permet de cofritter de l’argent avec un ferrite de structure grenat ayant une aimantation à saturation supérieure à 180 mT.It is also recalled that it was not possible, until now, to cosinter a garnet structure ferrite with high saturation magnetization (for applications in Ku band circulators for example) with silver ( sintering temperature or silver compatibility issue). The present invention makes it possible to cosinter silver with a ferrite of garnet structure having a saturation magnetization greater than 180 mT.

Ainsi, l’invention repose sur la substitution des ions fer de la phase grenat par des ions étain combinée à l’utilisation de carbonate de lithium ou d’oxyde de lithium comme fondant. Alors que les substitutions connues de l’art antérieur indiquaient que l’augmentation de l’aimantation à saturation se fait au détriment de la température de frittage, et inversement, les deux caractéristiques combinées entre elles selon l’invention permettent d’obtenir un ferrite de structure grenat compatible pour un cofrittage avec de l’argent et possédant une aimantation à saturation suffisamment élevée.Thus, the invention is based on the substitution of the iron ions of the garnet phase by tin ions combined with the use of lithium carbonate or lithium oxide as a flux. While the known substitutions of the prior art indicated that the increase in saturation magnetization is to the detriment of the sintering temperature, and vice versa, the two characteristics combined together according to the invention make it possible to obtain a ferrite of garnet structure compatible for co-sintering with silver and possessing a sufficiently high saturation magnetization.

Claims (9)

Matériau ferrite de structure grenat caractérisé en ce qu’il répond à la formule chimique suivante :
(YaTRbBib’FecAldIneCafCugSnhViCojSikO12±γ) + x (Li2CO3ou Li2O ou LiF ou LiCl)
avec x, en % massique, compris entre 0,1 et 2 ;
avec TR : une terre rare ou une combinaison de terres rares ne comprenant pas l’élément Y ;
-1 ≤ γ ≤ 1 ;
3 (a+b+b’+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ ;
0 ≤ a ≤ 2,5 ;
0 ≤ b ≤ 1,5 ;
0,5 ≤ b’ < 3 ;
4 ≤ c ≤ 5 ;
0 ≤ d ≤ 1,5 ;
0 ≤ e ≤ 0,8 ;
0 ≤ f ≤ 1;
0 < g ≤ 0,05 ;
0 < h ≤ 1 ;
0 ≤ i ≤ 0,8 ;
0 ≤ j ≤ 0,5 ;
0 ≤ k ≤ 0,5.
Ferrite material with a garnet structure, characterized in that it has the following chemical formula:
(YToTRbBib'FevsAldIneThatfCugsnhVICoIWhetherkO12±γ) + x (Li2CO3or Li2O or LiF or LiCl)
with x, in % by weight, between 0.1 and 2;
with TR: a rare earth or a combination of rare earths not including the element Y;
-1 ≤ γ ≤ 1;
3 (a+b+b'+c+d+e) + 2 (f+g+j) + 4 (h+k) + 5 i = 24±2γ;
0 ≤ a ≤ 2.5;
0 ≤ b ≤ 1.5;
0.5 ≤ b’ < 3;
4 ≤ c ≤ 5;
0≤d≤1.5;
0 ≤ e ≤ 0.8;
0 ≤ f ≤ 1;
0<g≤0.05;
0 < h ≤ 1;
0 ≤ i ≤ 0.8;
0 ≤ d ≤ 0.5;
0 ≤ k ≤ 0.5.
Dispositif comprenant le matériau ferrite selon la revendication 1 et des métallisations, les métallisations étant préférentiellement en argent.Device comprising the ferrite material according to claim 1 and metallizations, the metallizations preferably being in silver. Circulateur comprenant le matériau ferrite selon la revendication 1 et des métallisations, les métallisations étant préférentiellement en argent.Circulator comprising the ferrite material according to claim 1 and metallizations, the metallizations preferably being in silver. Isolateur comprenant le matériau ferrite selon la revendication 1 et des métallisations, les métallisations étant préférentiellement en argent.Insulator comprising the ferrite material according to claim 1 and metallizations, the metallizations preferably being in silver. Procédé de fabrication d’un matériau ferrite selon la revendication 1, ledit procédé comprenant :
- une étape de pesée (étape 100) de matières premières de type oxydes ou carbonates;
- un premier broyage (étape 110) desdites matières premières ;
- une étape de calcination (étape 120) desdites matières premières broyées à une température comprise entre 750°C et 800°C permettant d’obtenir le matériau ferrite cru ;
- un second broyage (étape 130) de ladite poudre de matériau ferrite cru ;
- une étape d’ajout (étape 140) d’un fondant de sel de lithium parmi Li2CO3, Li2O, LiF ou LiCl, à ladite poudre de matériau ferrite cru.
A method of manufacturing a ferrite material according to claim 1, said method comprising:
- a step of weighing (step 100) raw materials of the oxide or carbonate type;
- a first grinding (step 110) of said raw materials;
- a calcining step (step 120) of said ground raw materials at a temperature of between 750° C. and 800° C. making it possible to obtain the raw ferrite material;
- a second grinding (step 130) of said raw ferrite material powder;
- a step of adding (step 140) a lithium salt flux from among Li 2 CO 3 , Li 2 O, LiF or LiCl, to said raw ferrite material powder.
Procédé de fabrication d’un matériau ferrite selon la revendication 5, dans lequel :
- le matériau ferrite cru étant Y2,03Ca0,25Bi0,67Cu0,05Fe4,7Sn0,3O12 ou Y1,98Ca0,3Bi0,67Cu0,05Fe4,65Sn0,30O12-γ ;
- on ajoute entre 0,2 et 0,75% massique de fondant de Li2CO3.
A method of manufacturing a ferrite material according to claim 5, wherein:
- the raw ferrite material being Y2.03That0.25Bi0.67Cu0.05Fe4.7sn0.3O12 or Y1.98That0.3Bi0.67Cu0.05Fe4.65sn0.30O12-γ ;
- between 0.2 and 0.75% by weight of Li flux is added2CO3.
Procédé de fabrication d’un dispositif comportant plusieurs éléments dont un matériau ferrite selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
- on prépare ledit matériau ferrite par le procédé selon l’une des revendications 5 ou 6 ;
- on réalise une opération de frittage durant laquelle on solidarise ledit matériau ferrite à au moins un desdits autres éléments dudit dispositif, ou à un précurseur dudit élément par un procédé de cofrittage.
Method of manufacturing a device comprising several elements including a ferrite material according to claim 1, characterized in that:
- Said ferrite material is prepared by the method according to one of claims 5 or 6;
- A sintering operation is carried out during which said ferrite material is secured to at least one of said other elements of said device, or to a precursor of said element by a cosintering process.
Procédé de fabrication d’un dispositif, selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’un au moins des autres éléments est une couche de métal.Method of manufacturing a device, according to claim 7, characterized in that at least one of the other elements is a layer of metal. Procédé de fabrication d’un dispositif, selon la revendication 8, caractérisé en ce que le métal est de l’argent.Method of manufacturing a device, according to claim 8, characterized in that the metal is silver.
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